二项式定理

二项式定理教学设计 【教材目标】 通过本节的学习,学生可以把形如的式子展开,并可以求其中某些特殊项。 通过代数式的乘法,学生能够归纳总结出的展开式,并能用公式的形式给出 通过本节课的学习,可以培养学生观察、分析、归纳、总结的能力 【教学重点】 掌握二项式定理及其展开式的通项 【教学难点】 二项式定理的应用 【教学手段】 教师启发讲授,学生探究学习 【教学过程】 新课引入(展示照片) 教师:这是谁啊? 学生:牛顿! 教师:非常正确,那么大家对牛... 阅读详情

二项式的定义

在数学概念中两个变量的相加,就是二项式。

二项式定理(binomial theorem)主要是讲解二项式整数次幂(或称次方)的代数展开。

(x+y)^n        是二项式(x+y)的n次方。

二项式的几何意义

二项式展开与规律性分析

(x+y)^2=x^2+2xy+y^2

(x+y)^3=x^3+3x^2y+3xy^2+y3

(x+y)^4=x^4+4x^3y+6x^2y^2+4xy^3+y^4

(x+y)^5=x^5+5x^4y+10x^3y^2+10x^2y^3+5xy^4+y^5

从以上可以发现下列规则:

(1)x和y的最高次幂的系数皆是1。

(2)x和y的次高次幂的系数皆是n。

(3)各项x^{n-k}y^k的指数和为n=n-k+k。

(4)各系数左右对称,由左右两边往中间变大。

Pascal三角形:

                                                                1

                                                        1                1

                                                1                2                1

                                        1                3                3                1

                                1                4                6                4                1

                        1               5                10                10                5                1

                1                6                15                20                15                6                1       

        1                7             21                35                35                21                7                1

1                8              28                56                70                56                28                8               1

找出x^{n-k}y^k项的系数

组合数学(combination)。

\frac{n!}{(n-k)!k!}=C_{k}^{n}=\binom{n}{r}

(x+y)^5=x^5+5x^4y+10x^3y^2+10x^2y^3+5xy^4+y^5

(1) 验证k=0        x^5=\frac{5!}{5!0!}=1

(2) 验证k=1        x^4y=\frac{5!}{4!1!}=5

(3) 验证k=2        x^3y^2=\frac{5!}{3!2!}=10

(4) 验证k=4        xy^4=\frac{5!}{1!4!}=5

(5) 验证k=5        y^5=\frac{5!}{1!5!}=1

二项式的通式

(x+y)^n=\binom{n}{0}x^ny^0+\binom{n}{1}x^{n-1}y^1+\binom{n}{2}x^{n-2}y^2+...+\binom{n}{n-1}x^1y^{n-1}+\binom{n}{n}x^0y^n

头系数计算是从n中取0个,计算方式如下:\binom{n}{0}=\frac{n!}{(n-0)!0!}=\frac{n!}{n!0!}=1

尾系数计算是从n中取n个,计算方式如下:\binom{n}{n}=\frac{n!}{(n-n)!n!}=\frac{n!}{0!n!}=1

中间系数验证:\binom{n}{k}=\binom{n}{n-k}

二项式到多项式

如果在二项式内增加一个变量z,(x+y+z)^2,这是三项式。

(x+y+z)^2=x^2+y^2+z^2+2xy+2yz+2xz

\frac{n!}{r1!r2!r3!}

二项分布实验

成功概率是p,失败概率是1-p

(p+(1-p))^n

二项式公式,可以得到p(成功)和(1-p)(失败)出现 的次数概率,称二项式分布概率。

将二项式概念应用在业务数据分析

业务员销售第1、2、3、年每拜访客户100次,可以销售国际证照考卷的张数公式,如下所示:

y=7.5x-3.33

斜率是7.5,这个斜率意义是每拜访100次,可以销售750张考卷。每拜访10次可以销售7.5张考卷。

每次拜访销售考卷的成功率是0.75。

每5次拜访销售0张考卷的概率

销售失败的概率 :P(x=0)=1-0.75=0.25

连续5次拜访皆是失败,概率用公式表示:P(x=0)=(0.25)^5

>>> 0.25**5
0.0009765625
>>>

每5次拜访销售1张考卷的概率

拜访5次可以销售1次的机会:\binom{5}{1}

成功销售1张的概率是0.75,在5次拜访中出现1次,相当于是1次方。

销售失败是4次,失败概率是0.25,相当于是4次方。

P(x=1)=\binom{5}{1}*0.75^1*(1-0.75)^4

整个计算结果如下:

>>> 5*0.75*(1-0.75)**4
0.0146484375
>>>

每5次拜访销售2张考卷的概率

拜访5次可以销售2次的机会:\binom{5}{2}

成功销售1张的概率是0.75,在5次拜访中出现2次,相当于是2次方。

销售失败是3次,失败概率是0.25,相当于是3次方。

P(x=2)=\binom{5}{2}*0.75^2*(1-0.75)^3=10*0.75^2*(1-0.75)^3

整个计算结果如下:

>>> 10*0.75**2*(1-0.75)**3
0.087890625
>>>

每5次拜访销售0~2张考卷的概率

计算销售0~2张考卷的概率,将上述销售0张、销售1张、销售2张的概率结果相加就可以了。

整个计算结果如下:

>>> 0.0009765625+0.0146484375+0.087890625
0.103515625
>>>

列出拜访5次销售k张考卷的概率通式

拜访5次可以销售k张的机会:\binom{5}{k}

成功销售1张的概率是0.75,在5次拜访中出现k次,是0.75的k次方。

销售失败是5-k次,失败概率是0.25,是0.25的5-k次方。

P(x=k)=\binom{5}{k}*0.75^k*(1-0.75)^{5-k}

二项式概率分布Python实践

实践销售0~5张考卷的概率,同时使用直方图绘制此图表。

import matplotlib.pyplot as plt
import math 
def probability(k):
    num = (math.factorial(n))/(math.factorial(n-k)*math.factorial(k))
    pro = num * success**k * (1-success)**(n-k)
    return pro
    
n = 5                                           # 销售次数                       # 成功机率
success = 0.75                                  # 销售成功机率
fail = 1 - success                              # 销售失败机率
p = []                                          # 储存成功机率

for k in range(0,n+1):
    if k == 0:
        p.append(fail**n)                       # 连续n次失败机率
        continue
    if k == n:
        p.append(success**n)                    # 连续n次成功机率
        continue
    p.append(probability(k))                    # 计算其他次成功机率

for i in range(len(p)):
    print('销售 {} 单位成功机率 {}%'.format(i, p[i]*100))
        
x = [i for i in range(0, n+1)]                  # 直方图x轴坐标
width = 0.35                                    # 直方图宽度
plt.xticks(x)
plt.bar(x, p, width, color='g')                 # 绘制直方图
plt.ylabel('Probability')
plt.xlabel('unit:100')
plt.title('Binomial Dristribution')
plt.show()

执行结果:

[Running] python -u "c:\Users\a-xiaobodou\OneDrive - Microsoft\Projects\tempCodeRunnerFile.py"
销售 0 单位成功机率 0.09765625%
销售 1 单位成功机率 1.46484375%
销售 2 单位成功机率 8.7890625%
销售 3 单位成功机率 26.3671875%
销售 4 单位成功机率 39.55078125%
销售 5 单位成功机率 23.73046875%

[Done] exited with code=0 in 11.632 seconds

 

修改成功概率是0.35,然后n是10,计算可能销售0~10张考卷的概率,同时用图表列出结果。

import matplotlib.pyplot as plt
import math 
def probability(k):
    num = (math.factorial(n))/(math.factorial(n-k)*math.factorial(k))
    pro = num * success**k * (1-success)**(n-k)
    return pro
    
n = 10                                          # 销售次数                       # 成功机率
success = 0.35                                  # 销售成功机率
fail = 1 - success                              # 销售失败机率
p = []                                          # 储存成功机率

for k in range(0,n+1):
    if k == 0:
        p.append(fail**n)                       # 连续n次失败机率
        continue
    if k == n:
        p.append(success**n)                    # 连续n次成功机率
        continue
    p.append(probability(k))                    # 计算其他次成功机率

for i in range(len(p)):
    print('销售 {} 单位成功机率 {}%'.format(i, p[i]*100))
        
x = [i for i in range(0, n+1)]                  # 直方图x轴坐标
width = 0.35                                    # 直方图宽度
plt.xticks(x)
plt.bar(x, p, width, color='g')                 # 绘制直方图
plt.ylabel('Probability')
plt.xlabel('unit:100')
plt.title('Binomial Dristribution')
plt.show()

执行结果:

[Running] python -u "c:\Users\a-xiaobodou\OneDrive - Microsoft\Projects\tempCodeRunnerFile.py"
销售 0 单位成功机率 1.3462743344628911%
销售 1 单位成功机率 7.24916949326172%
销售 2 单位成功机率 17.565295310595708%
销售 3 单位成功机率 25.221962497265626%
销售 4 单位成功机率 23.766849276269532%
销售 5 单位成功机率 15.35704107082031%
销售 6 单位成功机率 6.890979967675779%
销售 7 单位成功机率 2.120301528515624%
销售 8 单位成功机率 0.42813780864257794%
销售 9 单位成功机率 0.05123016513671872%
销售 10 单位成功机率 0.002758547353515623%

[Done] exited with code=0 in 9.087 seconds

 

二项分布(一种离散分布) 二项分布 二项分布是伯努利分布的扩展,即重复n次试验,每次试验都符合伯努利分布 截图来源:Binomial distribution 三个二项分布例子对应的概率质量函数和累积分布函数 截图来源:Binomial distribution 考察二项分布方法有两种: 第一种:有 nnn 枚独立的硬币,并且每一枚硬币出现成功的概率都是 ppp. 同时抛掷它们,并记录正面出现的次数 第二种:有一枚独立的硬币抛掷 nnn 次,记录正面出现的次数 因为每次抛掷硬币都是独立的行为,所以抛掷 nnn 枚独立的硬币与 阅读详情

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